전고체 배터리는 한일전…상용화 경쟁 치열

韓·日기업, 전고체 배터리 상용화 2027년 목표

전고체 배터리 특허 1~3위는 일본…기술력 앞서

삼성SDI, 올해 하반기부터 시제품 생산 돌입

‘인터배터리 2023’ 삼성SDI 부스에 전시된 전고체 배터리 ⓒ데일리안 오수진 기자

‘꿈의 배터리’ 전고체 배터리 상용화를 위한 글로벌 기업들의 움직임이 분주해졌다. 누가 먼저 안정된 생산 기술력을 선점하는 지에 따라 시장 판도를 한번에 바꿀 수 있기 때문이다. 기술력이 뒤처지는 중국은 자연스레 경쟁에서 빠지고, 한국과 일본을 중축으로 각축전이 본격화되는 모습이다.

9일 업계에 따르면 일본 완성차 업체 토요타와 한국 삼성SDI는 오는 2027년 전고체 배터리 양산을 목표로 하고 있다. 전고체 배터리 관련 특허 순위 상위권에 해당하는 기업들로, 세계 1위는 토요타(1331), 4위는 삼성전자다. 2~3위는 모두 일본기업으로 파나소닉, 이데미츠코산이 차지했다.

전고체 배터리는 리튬이온배터리 핵심 소재인 전해질을 액체에서 고체가 된 것이다. 이를 통해 화재 위험성을 줄이고 충전 속도를 더 빠르게 만들 수 있다. 종류는 황화물계, 산화물계, 폴리머 등 총 3가지인데 글로벌 기업들이 목표로 하는 전고체 배터리는 황화물계다. 가장 높은 이온전도도를 보유하고 있으며, 900Wh/L 이상의 높은 에너지 밀도 구현이 가능하다.

상용화가 말처럼 쉬운 것은 아니다. 기술적 난이도가 만만치 않기 때문이다. 현재 개발된 전고체 배터리의 경우 ▲생산성 ▲에너지밀도 ▲전도율이 리튬이온배터리 대비 좋지 못하다. 가격 또한 개발에만 초점이 맞춰졌다 보니 단가가 리튬이온배터리보다 5배 이상은 세다.

하지만 이 문제들이 모두 해결된 기술력만 확보한다면 시장 판도를 단숨에 뒤집을 수 있다. 화재 위험성이 현저히 적고 에너지밀도가 높은 전고체 배터리의 성능은 리튬이온배터리가 절대 따라잡을 수 없다. 전고체 배터리에 ‘게임 체인저’란 별명이 붙은 이유다.

2027년 상용화를 목표로 잡은 기업들은 자신만만한 모습이다. 특히 특허권을 가장 많이 보유한 일본이 기술개발에 있어 가장 앞선 것으로 나타났다.

토요타는 10분만 충전하면 최장 1500km까지 주행할 수 있는 전고체 배터리를 선보이겠다고 밝혔다. 특히 리튬이온배터리보다 작고, 가볍고, 저렴한 전고체 배터리 생산을 목표로 하고 있다.

우선적으로는 카이타 케이지 토요타 탄소중립연구개발소장이 전고체 배터리의 핵심 소재 제조 공정을 단순화하는 데 성공했다고 언급한 바 있다. 이를 통해 가격은 기존 리튬이온 배터리 수준으로 낮추고, 배터리의 에너지 효율 극대화가 가능하단 것이다. 최종적으로는 최장 1500km까지 주행할 수 있는 배터리 개발하는 것이 목표다.

일본의 대표 석유화학·소재 기업 이데미츠 코산에서는 전고체 배터리의 핵심 소재 고체 전해질 생산에 한창이다. 최근 고체 전해질 시험시설인 1공장의 생산 능력을 확대한 것에 더해 이달부터 2공장 가동을 시작했다. 이를 통해 2027년까지 전고체 배터리를 상용화할 계획이다.

한국에서는 삼성SDI의 움직임이 가장 빠르다. 삼성SDI는 올해 하반기부터 전고체 배터리 시제품을 생산할 예정이다.

앞서 수원 연구소 내 전고체 배터리 파일럿 라인 'S라인'은 이달부터 가동해 샘플 생산에 돌입했다. 국내 최초의 배터리 파일럿 라인이다.

업계 관계자는 “전고체 배터리 기술이야말로 경쟁자들을 따돌릴 수 있는 초격차 기술”이라며 “상용화에 성공만 한다면 확고한 경쟁 우위를 확보할 수 있다”고 말했다.